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利用NOAA/AMSU资料和GRAPES同化系统对陆面比辐射率计算的改进研究 被引量:8
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作者 顾松强 王振会 +2 位作者 翁富忠 薛纪善 董佩明 《高原气象》 CSCD 北大核心 2006年第6期1101-1106,共6页
地表比辐射率计算的不确定性,直接影响到卫星资料在数值预报中同化应用的效果。本文采用美国NOAA/NESDIS的Weng等[1,2]提出的复杂陆面比辐射率模式,同时用NOAA卫星AMSU-ACh1或Ch2反演的地表比辐射率来调整该模式所需的地表参数,从而在... 地表比辐射率计算的不确定性,直接影响到卫星资料在数值预报中同化应用的效果。本文采用美国NOAA/NESDIS的Weng等[1,2]提出的复杂陆面比辐射率模式,同时用NOAA卫星AMSU-ACh1或Ch2反演的地表比辐射率来调整该模式所需的地表参数,从而在缺少详细地表参数的情况下,改进AMSU-A Ch3和Ch15的地表比辐射率计算精度。在积雪地表情况下,用NOAA卫星AMSU-A资料直接反演各通道的比辐射率,在GRAPES同化系统中的应用表明,结果有明显的改进。 展开更多
关键词 陆面比辐射率 Weng模式 GRAPES 3DVar三维变化同化系统
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An Ensemble-Based Three-Dimensional Variational Assimilation Method for Land Data Assimilation 被引量:6
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作者 TIAN Xiang-Jun XIE Zheng-Hui 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 2009年第3期125-129,共5页
Land surface models are often highly nonlinear with model physics that contain parameterized discontinuities. These model attributes severely limit the application of advanced variational data assimilation methods int... Land surface models are often highly nonlinear with model physics that contain parameterized discontinuities. These model attributes severely limit the application of advanced variational data assimilation methods into land data assimilation. The ensemble Kalman filter (EnKF) has been widely employed for land data assimilation because of its simple conceptual formulation and relative ease of implementation. An updated ensemble-based three-dimensional variational assimilation (En3-DVar) method is proposed for land data assimilation.This new method incorporates Monte Carlo sampling strategies into the 3-D variational data assimilation framework. The proper orthogonal decomposition (POD) technique is used to efficiently approximate a forecast ensemble produced by the Monte Carlo method in a 3-D space that uses a set of base vectors that span the ensemble. The data assimilation process is thus significantly simplified. Our assimilation experiments indicate that this new En3-DVar method considerably outperforms the EnKF method by increasing assimilation precision. Furthermore, computational costs for the new En3-DVar method are much lower than for the EnKF method. 展开更多
关键词 land data assimilation En3-dvar POD ENKF
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基于气溶胶三维变分同化天津PM_(2.5)数值预报研究 被引量:7
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作者 杨旭 唐颖潇 +5 位作者 蔡子颖 韩素芹 董琪如 杨健博 朱玉强 樊文雁 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期5476-5484,共9页
基于气溶胶三维变分同化技术,建立天津空气质量数值模式气溶胶同化模块,通过天津地区两次重污染过程同化模拟敏感性试验,分析了观测资料范围对同化结果的影响,并结合一个月的滚动预报试验,分析了气溶胶同化对天津地区PM_(2.5)数值预报... 基于气溶胶三维变分同化技术,建立天津空气质量数值模式气溶胶同化模块,通过天津地区两次重污染过程同化模拟敏感性试验,分析了观测资料范围对同化结果的影响,并结合一个月的滚动预报试验,分析了气溶胶同化对天津地区PM_(2.5)数值预报效果的影响,以期为提升天津空气质量预报能力提供支撑.结果表明:气溶胶同化各控制变量背景误差水平相关系数的衰减尺度约50km,垂直方向上400m高度与模式底层的相关系数衰减至0.6左右;观测资料范围对同化结果影响显著,仅采用天津地区观测数据进行同化,对重污染过程期间天津地区PM_(2.5)浓度模拟的影响时效约12h,采用模拟区域内所有观测数据进行同化影响时效可持续24h以上,且模拟效果更优;采用三维变分同化技术,实现地面PM_(2.5)观测资料同化,天津地区PM_(2.5)数值预报效果显著提升,预报值和实况值之间的相关系数由0.74增加到0.87,均方根误差由32.3μg/m^(3)减小为22.4μg/m^(3),平均相对误差由39.9%减小为27.1%;同化对模式初始时刻的改进效果最明显,随时间同化效果衰减,14h内改进效果最佳,对24h PM_(2.5)浓度预报也有明显改进. 展开更多
关键词 气溶胶 资料同化 三维变分 数值预报
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地面PM_(2.5)和气溶胶激光雷达联合变分同化对天津冬季一次重污染过程数值模拟改进研究 被引量:1
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作者 杨旭 樊文雁 +3 位作者 蔡子颖 朱玉强 唐颖潇 董琪如 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5188-5197,共10页
针对输送型重污染过程,大气化学模式垂直模拟偏差较大,地面观测同化对污染垂直初始场改进不明显,高空输送模拟偏低的问题,以2023年1月5~6日天津地区一次重污染过程为例,通过PM_(2.5)地面观测和气溶胶激光雷达垂直观测联合应用,发展相应... 针对输送型重污染过程,大气化学模式垂直模拟偏差较大,地面观测同化对污染垂直初始场改进不明显,高空输送模拟偏低的问题,以2023年1月5~6日天津地区一次重污染过程为例,通过PM_(2.5)地面观测和气溶胶激光雷达垂直观测联合应用,发展相应的气溶胶变分同化技术,改进大气化学模式污染垂直模拟效果,服务重污染天气预报预警和成因解析.研究表明:此次重污染过程由于大气化学模式垂直模拟能力不足,导致S1发展阶段地面PM_(2.5)增长速率和S2维持阶段的峰值浓度明显低估,垂直分布上污染层高度模拟偏低200~300m,白天输送阶段高空PM_(2.5)浓度高于地面、夜间稳定边界层以上污染高值特征均未能有效反映;通过同化地面PM_(2.5)观测有效实现PM_(2.5)空间分布模拟优化,过程期间上游城市石家庄和衡水的模拟误差分别下降35.3μg/m^(3)和77.3μg/m^(3),天津地面PM_(2.5)质量浓度模拟误差下降39.7μg/m^(3),但地面同化对垂直分布模拟改进有限,尤其是对于输送型污染过程中PM_(2.5)垂直分布的复杂变化,基本无法准确反映;通过增加气溶胶激光雷达PM_(2.5)垂直观测同化,模式PM_(2.5)垂直模拟效果进一步提升,450m左右均方根误差减小幅度最大,约19.8μg/m^(3).在同化时刻及临近2~3h正效果明显,后续时效中S2阶段表现更优,夜间稳定边界层以上污染高值得到有效模拟,污染层高度模拟差异减小至50~100m,低于未同化CTRL试验(200~300m)和地面同化DASFC试验(100~200m);S1阶段随着时效延长垂直模拟偏差明显增加,但同化的正作用依旧存在,污染层高度模拟误差比DASFC试验降低幅度不低于50m. 展开更多
关键词 气溶胶同化 三维变分 激光雷达 数值模拟
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天津地区雾霾低能见度短临预报预警方法研究 被引量:1
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作者 王雪娇 杨旭 +3 位作者 孙玫玲 蔡子颖 郭玲 张希帆 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期93-101,共9页
雾霾低能见度天气对海事交通有显著的影响,当能见度低于3 km时天津港航道采取单向通航管理,能见度低于1 km时封航管理,基于港口海事交通气象服务需求,以天津港为例,采用多种方法开展基于观测的雾霾低能见度0~12 h短临预报预警技术研究.... 雾霾低能见度天气对海事交通有显著的影响,当能见度低于3 km时天津港航道采取单向通航管理,能见度低于1 km时封航管理,基于港口海事交通气象服务需求,以天津港为例,采用多种方法开展基于观测的雾霾低能见度0~12 h短临预报预警技术研究.通过分钟级能见度观测的跃迁信号分析、基于观测的未来1 h能见度递推和能见度数值模式三维变分同化3种方法,分别实现60 min内、1~2 h、12 h多时间尺度无缝隙的能见度短临预报预警.结果表明:(1)浓雾天气来临前,大概率会出现“象鼻形”先期振荡,称为象鼻效应.当夜间能见度低于或者接近1 km时,超过200 m能见度异常升高定义为跃迁信号(未有明显天气系统变化,且出现在日出前),通过港口分钟级的能见度观测,能够提前30~60 min清晰捕捉低于200 m的浓雾天气,跃迁信号可作为未来低能见度短临预报预警的指示.(2)以能见度和相对湿度观测为基础,结合数值模式预测影响能见度变化趋势的PM_(2.5)质量浓度和相对湿度的未来1~2 h变量,根据消光经验公式构建基于观测的短临递推能见度预报方法.实测数据表明,提前1 h能见度预报值与观测值相关系数为0.95,平均相对误差为14.7%.(3)基于三维变分同化模块将观测的能见度和PM_(2.5)质量浓度融入模式初始场,使得模式污染初始场快速逼近观测场,以提升1~12 h能见度预报能力.实测数据表明,1 h能见度预报值与观测值之间的相关系数为0.94,平均相对误差为22.5%;12 h内能见度预报值与观测值之间的相关系数为0.86,平均相对误差为33.3%. 展开更多
关键词 天津港 象鼻效应 短临递推 三维变分同化 数值预报
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